无刷直流电机智能优化控制研究

摘要

无刷直流电机(BLDCM)体积小、重量轻、效率高,又克服了有刷直流电机机械换向带来的一系列缺点,因此在各个领域得到广泛应用。针对其时变性、非线性、强耦合的特征,高性能速度调节方法成为了一个重要的研究方向,尤其是基于神经网络控制；随着其控制技术的日益成熟,高昂的成本逐渐成为限制其推广应用的主要障碍之一,在不影响性能的前提下,尽可能的降低成本成为其研究的又一热点问题。根据无刷直流电机的基本结构、运行原理以及其数学描述,建立了基于MATLAB的无刷直流电机控制系统建模仿真和模糊PID速度控制仿真模型。针对其时变性、非线性、强耦合的特征,研究了无刷直流电机神经网络控制。为了解决神经网络中神经网络结构和隐含层参数调整的问题,研究了基于遗传算法优化径向基函数神经网络控制器的无刷直流电机自适应速度控制方法。在这种方法中,用遗传算法离线优化神经网络结构和隐含层参数的径向基函数神经网络构成一个闭环速度控制器。控制器在电机运行时,通过神经网络在线自修正能力自适应地调节神经网络参数。同时,电流闭环控制器可以快速地跟踪给定电流,因此系统可以自适应地调节环境变化,提高了无刷直流电机调速性能。最后研究了四开关三相逆变器无刷直流电机智能优化控制方法,简化了常规六开关逆变器拓扑结构,采用单神经元PID电流控制器,加快了系统响应能力,四开关逆变器实现了三相无刷直流电机的能量传递,简化了逆变器拓扑结构,降低了系统成本。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 无刷直流电机的发展过程与研究现状

1.1.1 无刷直流电机的发展过程

1.1.2 无刷直流电机的研究现状

1.2 智能控制在电机控制系统中的应用

1.3 课题的主要研究内容

2 无刷直流电机的结构和原理

2.1 无刷直流电机的基本结构

2.2 三相无刷直流电机的运行原理

2.3 无刷直流电机的数学描述

2.3.1 电压方程

2.3.2 转矩方程

2.3.3 状态方程

2.3.4 等效电路

2.4 本章总结

3 基于MATLAB的无刷直流电机控制系统建模仿真

3.1 基于MATLAB的无刷直流电机系统双闭环控制模型仿真

3.1.1 BLDC本体模块

3.1.2 电流滞环控制模块

3.1.3 速度控制模块

3.1.4 参考电流模块

3.1.5 转矩计算模块

3.1.6 转速计算模块

3.1.7 电压逆变器模块

3.1.8 仿真结果

3.2 无刷直流电机模糊PID速度控制仿真研究

3.2.1 模糊控制器的基本结构和组成

3.2.2 自适应模糊PID控制

3.2.3 模糊自适应PID控制器设计

3.2.4 仿真结果

3.3 本章总结

4 基于遗传算法优化径向基函数神经网络控制器的无刷直流电机速度自适应控制

4.1 RBF神经网络模型

4.2 RBF神经网络的学习算法

4.3 遗传算法优化神经网络

4.3.1 基本遗传算法

4.3.2 递阶遗传算法

4.3.3 递阶遗传算法离线优化RBF神经网络

4.4 基于遗传算法优化神经网络控制器的无刷直流电机速度自适应控制仿真

4.4.1 基于遗传神经网络控制器的无刷直流电机调速系统

4.4.2 RBF网络辨识器

4.4.3 RBF网络速度控制器

4.5 仿真结果

4.5.1 遗传算法离线优化仿真结果

4.5.2 控制框图仿真结果

4.6 本章总结

5 四开关三相无刷直流电机智能优化控制

5.1 传统六开关三相BLDCM的工作原理分析

5.2 四开关三相逆变器工作原理分析

5.3 四开关三相BLDCM智能优化控制

5.3.1 四开关三相无刷直流电机驱动系统结构图

5.3.2 四开关三相逆变器无刷直流电机单神经元电流控制器研究

5.4 仿真结果

5.5 本章总结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献